CN107076856A - 基于卫星的导航***的定位错误的协同确定的方法 - Google Patents
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Abstract
由GNSS卫星星座所广播的定位信号收到显著的误差的影响，尤其是由于穿过电离层和对流层而产生的误差。几种难以操作的方法已被部署来给专业的用户提供对所述误差的校正。然而，这些方法全都需要在给定的距离处的至少一个精确的参考点的知识。根据本发明，出现在具有未知的精确的位置的地理区域中的诸如智能电话之类的不是非常精确的定位接收机可以贡献于精确的大气层误差校正的生成，如果所述接收机足够多的话。
Description
技术领域
本发明适用于帮助基于卫星的定位的***。更加精确地，本发明的目标是产生一种信息，该信息使得确定由基于卫星的导航信号的使用而得出的定位错误成为可能。
背景技术
传输定位信号的第一星座卫星是由美国(全球定位***或GPS)在1980年代初针对军事用途而放置的。从那之后，GPS信号已经用于专业的民用应用(卡车车队的管理、对空中导航的帮助、大地测量等)，并且因此用于公众应用(利用板载终端的汽车导航以及利用智能电话类型的终端的步行导航)。其他卫星星座是由俄罗斯(GLONASS)和中国(Baidou)放置的。欧洲的卫星星座正在开发中。概括而言，由首字母缩写GNSS(全球导航卫星***)来指代这些导航***。
对基于卫星的定位和导航进行帮助的基本原理是：由被提供有电子处理电路的接收机基于由轨道中的卫星所发送的具有厘米级的波长的电磁信号来计算位置、速度、和时间(PVT)数据。由接收机基于卫星的信号对所述PVT数据的计算受到具有各种类型的多个误差的影响：由电磁信号穿过各个层的大气(对流层、电离层)的影响、由于信号在接收机附近的对象上的反射(多路径)而产生的误差、时钟误差、电子处理电路的误差等。针对军事应用，通过对在保留的载波(GPS的P(Y)码)上所传输的信号的属性的使用而显著地校正了这些误差。此外，一般性地构想出多处理器处理和融合的具体的方法，以便保证用于重要用途的测量的精确度和完整性。但是这些解决方案是受限的并且昂贵的。
为了满足对民用应用中的精确度的增长的需求，已经开发了多种方法来校正主要的误差：对源自几个卫星星座的信号的采集、对天线的改进以增加接收的鲁棒性、接收机中的循环回路、号召对参考信号进行广播的固定基站以使其能够校正误差的差分GPS、用于对校正信息进行广播的地球网络、卫星数据与接收机板载的运动传感器的数据的融合、或者给出接收机轨道信息(地图、地形模型)等。
特别地，由于由无线电导航卫星所发送的信号穿过电离层而产生的误差在定位误差的全局损失(global toll)中有很高权重(4标准差，根据由Angrisano等在2011年12月在ENC 2011所发表的“Ionospheric models comparison for single-frequency GNSSpositionning”，见http://pang.uniparthenope.it/node/64)。可以在本领域的陈述中采用用于校正这些电离层误差的几种类型的技术。
双频率接收机因此可以使用基于具有频率中的每个频率的信号所计算的伪距离的线性组合。电离层误差强相关于频率，这将能够由所述组合消除。然而，双频率接收机在公众中还不普遍。此外，至稳定的测量的收敛时间相对较长(有可能长达半小时)。
还有可能基于对由太阳辐射的紫外线部分所电离的对应的大气层的总电子含量的估计由误差模型所计算的校正，。本领域模型的陈述中的一个是Klobuchar的陈述(“Ionospheric time-delay algorithm for single-frequency GPS users”，IEEETransactions on aerospace and electronic systems，卷AES-23，N.3，325-331)。然而，模型的季度的、日的、空间的波动是这样的，计算是复杂的并且达到可以保证的用于计算校正并且使所述校正可用的限于几秒的时间的精确度是困难的。
使得有可能同时保证快速收敛、精确度、和完整性的一种方法是：采集包含基于属于网络的固定的基站的已知位置与基于GNSS卫星星座的导航信息所计算的位置之间的差所计算的校正的专用信号。这些所谓的“增强”***(基于卫星的增强***或者SBAS)具有用于校正的计算和它们的广播的区域覆盖或者针对GBAS(基于地面的增强***)的本地覆盖。操作***尤其包括欧洲的EGNOS(欧洲对地静止导航覆盖服务)以及美国的WAAS(广域增强***)。这些各种SBAS***需要不宽泛并且在投资和利用方面昂贵的基础设施，尤其是在可靠性和精确度有保证的条件下的参考地面站操作、高强度计算中心、地面部分与基于对地静止的卫星的远程通信网络之间的通信链路、以及具体的接收机。现今，这些成本限制了这些服务的使用，并且因此限制了它们向重要(空中导航)或专业服务提供的定位精确度。
较不昂贵的方法体现在同时使用GNSS定位信号的码和其载波(可选地，在两个频率上)的相位，接收机与具有已知位置的固定站相关地定位，以便移除关于基于载波相位的伪距离的计算的循环模糊度。可以具有几个变型的这些方法由名称实时运动学(或者RTK)为人所熟知。RTK***仅仅可以利用至少一个固定站来操作，并且关于该站的差分定位将仅仅在该站周围的10至20公里数量级的半径中是精确的。因此，其仅仅用于通过沿海海上导航和大地测量、完整性约束和覆盖半径小于由SBAS***所发出的覆盖半径的专业应用。
对SBAS和RTK类型的差分方法常见的限制在于需要使用非常精确地已知其位置的参考站，并且需要使用利用等同的精确度对误差的整体或主题部分进行处理的计算算法。该限制约束了装备有标准GNSS信号采集功能的通用终端的用户对更高的定位精确度的获取。
发明内容
本发明通过基于用于接收GNSS信号的终端来生成对具有足够精确度的电离层误差的地图来提供了对该问题的解决方案，所述终端的位置不是先前已知的，并且可选地其板载处理能力可以是受限的。
出于该目的，本发明公开了一种方法，其由计算机服务器确定在计算由在所确定的地理区域中从至少一个卫星星座所接收的定位信号的用户接收机所计算的位置时的误差，所述方法包括：确定位于所述地理区域中的对定位信号进行贡献的接收机的列表，所述进行贡献的接收机的位置不是先前已知的；针对所述进行贡献的接收机Ri中的每个进行贡献的接收机来提取所述进行贡献的接收机的至少一个信道的码Ci和相位Φi数据；基于所述进行贡献的接收机的至少一个信道的码Ci和相位Φi数据来计算在所述区域中可应用至每个进行贡献的接收机Ri的大气层误差Ii的步骤；以及基于可应用至所述进行贡献的接收机Ri的所述误差Ii来计算可应用在所述区域Zj中的大气层误差I(Zj)。
有利地，计算所述大气层误差Ii体现在针对至少一个进行贡献的接收机Ri来仅仅计算所述电离层误差。
有利地，计算所述大气层误差Ii体现在针对至少一个进行贡献的接收机Ri来计算至少所述对流层误差。
有利地，针对所述至少一个进行贡献的接收机Ri的所述对流层误差是作为被称作湿延迟(SWD)的第一延迟与被称作流体静力延迟SHD的第二延迟的总和来计算的。
有利地，其中，计算所述大气层误差I(Zj)作为输入接收源自预备信息的外部源的所述进行贡献的接收机Ri的所述电离层误差以及在所述地理区域Zj中可应用的对流层误差。
有利地，确定位于所述地理区域中的进行贡献的接收机Ri(2221、2222)的所述列表的至少一部分使用所述接收机关于蜂窝无线电通信网络的至少一个基站的定位的数据。
有利地，本发明的方法还包括对接收机Ri的信道的码Ci和相位Φi数据的对进行分类，所述分类使用标准的加权组合，所述标准包括代表所述信道的信噪比或者所述信道的卫星轴的提升中的一个或多个的标准。
有利地，计算可应用至所述接收机Ri的电离层误差Ii包括减去所述码Ci和所述相位Φi数据。
有利地，所述相位的整数模糊度被忽略。
有利地，本发明的方法还包括计算可应用至所述接收机Ri的所述电离层误差Ii的质量指数IQ(Ii)。
有利地，所述质量指数IQ(Ii)是由以下标准的加权组合来计算的，所述标准包括代表以下一个或多个的标准：所述接收机Ri的信道的信噪比、由所述接收机所获得的卫星轴的仰角、所获得的卫星轴的数量。。
有利地，所述质量指数IQ(Ii)还取决于表征所述接收机Ri的硬件或软件配置中的一个或多个的参数。
有利地，质量指数IQ(Ii)小于阈值Thresh1的接收机Ri的误差Ii在计算可应用在所述区域Zj中的电离层误差I(Zj)时具有零权重。
有利地，可应用在所述区域Zj中的所述电离层误差I(Zj)是由所述质量指数IQ(Ii)加权的误差Ii的线性组合。
有利地，本发明的方法还包括通过电离层误差模型来对值I(Zj)进行滤波。
有利地，本发明的方法还包括确定所述电离层误差I(Zj)的置信度指标。
有利地，所述电离层误差I(Zj)的所述置信度指标取决于质量指数IQ(Ii)大于Thresh1的进行贡献的接收机Ri的数量Nj。
有利地，当其置信度指标小于预先确定的阈值Thresh2时，所述电离层误差I(Zj)被通过针对相邻的地理区域或时段所计算的电离层误差的一组值内的空间插值或时间插值来计算的值I(Z)替代。
有利地，本发明的方法还包括使得电离层误差的值I(Zj)对所述用户接收机可用。
有利地，本发明的方法还包括由所述用户接收机获得由服务器(230)所确定的位置。
有利地，本发明的方法还包括通过将所述用户接收机的PVT数据与电离层误差的值I(Zj)融合来计算经校正的位置。
有利地，本发明还公开了一种方法，其校正由从确定的地理区域中的至少一组卫星所接收的定位信号的用户接收机所执行的位置计算，所述方法包括：从服务器获得通过由所述服务器融合从位于所述地理区域中的多个进行贡献的接收机所确定的大气层误差的过程所计算的大气层误差I(Z)，所述进行贡献的接收机的位置不是先前已知的；将所获得的所述大气层误差与由所述用户接收机所计算的PVT点融合。
有利地，本发明还公开了一种协同***，其用于帮助对在至少一个地理区域中从至少一个卫星星座所接收的定位信号的用户接收机进行定位，所述***包括被配置为执行以下操作的多个硬件和计算机代码元素：确定位于所述地理区域中的对定位信号进行贡献的接收机的列表，所述进行贡献的接收机的位置不是先前已知的；针对所述进行贡献的接收机Ri中的每个进行贡献的接收机来提取所述进行贡献的接收机的至少一个信道的码Ci和相位Φi数据；基于所述码Ci和相位Φi数据来计算可应用至每个进行贡献的接收机Ri的大气层误差Ii；从进行贡献的接收机Ri的误差Ii来计算可应用在所述区域Zj中的大气层误差I(Zj)；使得大气层误差的计算的至少一个结果在所述至少一个地理区域中对所述用户接收机可用。
有利地，至少一个进行贡献的接收机Ri的处理器被配置为：从所述码Ci和所述相位Φi数据来执行对可应用至所述进行贡献的接收机Ri的大气层误差Ii的计算，所述计算的结果通过通信链路被发送至服务器(230)。
有利地，至少一个进行贡献的接收机Ri的至少一个信道的码Ci和相位Φi数据通过通信链路被发送至服务器(230)，所述服务器的处理器被配置为从所述码Ci和所述相位Φi数据来执行对可应用至所述进行贡献的接收机Ri的大气层误差Ii的计算。
本发明公开了一种定位数据的服务器，所述服务器包括：电路逻辑，其被配置为确定位于地理区域(210、220)中的进行贡献的接收机(Ri、2111、2112、2221、2222)的列表；处理逻辑，其被配置为利用确定的频率时间序列来获得由所述列表中的进行贡献的接收机Ri所发送的数据，所述时间序列包括以下中的一个或多个：i)所述进行贡献的接收机Ri中的每个进行贡献的接收机的至少一个信道的码和相位，或者ii)从所述码和所述相位所计算的数据；数据逻辑，其被配置为计算可应用在所述地理区域中的大气层误差的时间序列；用于使得大气层误差的所述时间序列对用户接收机可用的链路。
本发明公开了一种定位信号的接收机，包括：用于存储数据的时间序列的存储器，所述数据包括：i)所述接收机的至少一个信道的码和相位中的一个或多个，或者ii)从所述码和所述相位所计算的数据；以及iii)所述数据的至少一个质量指数，所述指数是从包括所述信道的信噪比、对应于所述信道的卫星轴的提升、以及所获得的卫星轴的数量在内的分组中选择的；通信链路，其被配置为将存储在所述接收机的存储器中的所述时间序列以预先确定的频率远程发送至预先标识的远程服务器。
本发明还公开了一种定位信号的接收机，包括：通信链路，其被配置为利用预先确定的频率时间序列来远程接收权利要求26中所述的用于定位数据的服务器的数据；以及电路逻辑，其被配置为从由所述接收机所计算的PVT点以及数据的所述时间序列来计算经校正的位置。
本发明的另一个优点是凭借将被分享的关于所述电离层和可选地关于所述对流层的信息而允许精确位置的计算的更快速的收敛。
根据本发明，在某些实施例中，有可能同时地、分别地、或相结合地确定所述电离层误差和所述对流层误差(这些误差中的每个误差组成所述大气层误差)。
本发明的另一个优点是提供了对所述电离层误差的经校正的位置的计算，使能够在大多数使用条件下当在给定的地理区域中的终端的数量是足够的时，获得具有与由SBAS***所提供的定位同一数量级的定位的全球精确度(然而，没有相同的完整度保证)。
本发明的另一个优点是授权了对所获得的电离层误差的重新组合，以便获得全球精确度等级，其将能够一方面取决于有可能允许其获得并处理这个或那个精确定位服务的数据的接收机的配置，另一方面取决于所述接收机所处的位置的接收条件。
用于初始化GNSS接收机中的位置计算的位置数据可以例如是由另一种方法所计算的数据，所述另一种方法是由无线电通信、蜂窝或基于WiFi终端的网络所提供的，或者是由地图的方法所提供。接着，与这些初始化方法相耦合的本发明的另一个优点是允许由进入给定的地理区域或者退出屏蔽区域的接收机更快地采集GNSS信号。
此外，本发明针对其实现足够通用以处理几种类型的架构，以使其有可能根据具有可变的板载计算能力的接收机的不同的模态来获得校正数据的贡献。
附图说明
从本发明的各种实施例的描述和附于本请求的以下图中将更好地理解本发明及其各种特性和优点：
-图1表示根据本领域的RTK类型的***的基本视图；
-图2表示用于在其实施例中的几个实施例中实现本发明的架构图；
-图3表示根据本发明的几个实施例的用于确定电离层误差的处理动作的一般流程图；
-图4表示根据本发明的几个实施例的用于使用定位数据的服务器中的数据的处理动作的一般流程图。
具体实施方式
图1表示根据现有技术的RTK***的基本视图。
在不同类型的定位***中，用户100接收针对至少一个卫星星座114、119、121、123的定位信号。针对所述卫星的定位信号也由参考站130来接收。用户100可以是移动的。参考站130必须是固定的，其具有精确地已知的位置并且位于距用户的10到20km的半径中(参见http://www.navipedia.net/index.php/RTK_Fundamentals)。
如果可变的权重合适，则可以通过使用码、相位、或两者的组合来实现RTK类型的算法。当使用相位时精确度更好，这是因为其测量比码的测量噪声更少，主要是为了移除循环模糊度(cycle ambiguity)，但代价是具有更高的复杂度。
RTK类型的算法的基本方程使用以下表达式以用于计算载波(每个卫星轴一个)的相位Φ：
Φ＝ρ-I+Tr+c(bRx-bSat)+Nλ+εΦ (1)
其中在方程中，
ρ是根据卫星的笛卡尔坐标(xSat,ySat,zSat)和接收机的笛卡尔坐标(xRx,yRx,zRx)来计算的伪距离的几何表达；
I是由于穿过电离层而产生的信号的延迟；
Tr是由于穿过对流层而产生的信号的延迟；
c是真空中的光速；
是接收机的时钟关于GNSS参考时间的偏置；
bSat是卫星的时钟关于GNSS参考时间的偏置；
N是载波的相位的模糊度；
λ是载波的标称波长；
εΦ总结了测量噪声，尤其是多路径。
ρ是由以下方程给出的：
已经对电离层误差和对流层误差进行了评述。时钟偏置不需要任何特定的评述。相位测量中的循环模糊度将在N个循环内，其中N是整数。对于GPS***的载波L1的频率(1575.42MHz)而言，一个循环的模糊度表示20cm的差距。为了获得厘米级的精确度，因此必须解决循环模糊度或整数模糊度。
如果一个人对例如卫星121和卫星123的接收机100和130的相位测量取双差分，则获得以下方程：
无论一个人是仅仅使用码、仅仅使用相位、还是使用两者的组合，用户100的接收机的位置测量的精确度都将与方程(3)或者针对码和码/相位组合的变型的等同的方程中的各项的精确度具有相同的数量级，其中该精确度等于必须被提供的定位的精确度。为了获得米级的精确度，因此必须利用相同的精确度来确定参考站的位置，从而在实践中排除了其是移动的可能性。还必须利用相同的精确度来计算各个误差项，以考虑到对其有影响的多个因素，这对于电离层误差是非常困难的。
发明人的想法因此是能够针对电离层而具体地使用具有较低的精确度但是潜在地非常多的测量，所述测量非常多是由于它们是从大量的、潜在地是移动的站的贡献得出的。
图2表示用于在其实施例中的几个实施例中实现本发明的架构图。
可以利用现有技术的一组卫星114、119、121、123来实现本发明。
定义了地理区域210、220，其中，接收机2111、2112、2113、2211、2212、2213的测量尤其是在所述地理区域中活动的接收机贡献于对电离层误差的全局计算。有利地，地理区域210、220具有网格，所述网格可以具有几公里(例如，在1km到10km之间)的数量级。由定位数据的提供者240所管理的服务器230可以从接收机接收数据并且向其发送数据。
接收机可以具有所有类型：单频率或多频率、能够拾取单个GNSS卫星星座或几个GNSS卫星星座的信号、装备有或没有装备有适用于对多个路径的效果进行衰减的天线、由或不由惯性混合化或地图来帮助。它们也耦合至允许它们通过RF路径来发送和接收数据的模块。特别地，可以将包括标准GPS微芯片的简单的智能电话集成到测量(measures)中。
接收机2111、2112、2211、2212可以是单独的贡献者，即可以给服务器230和/或其他接收机提供原始的或经总结的数据，以使得有可能在不是其用户的情况下计算电离层误差在区域210、220中的映射。对于装备有精确定位和接收精确数据的单元的商业或行政车队中的车辆(公共交通、出租车、救护车、邮政车辆、卡车等)而言尤其是该情况。
接收机2113、2213可以是单独的用户，即可以接收定位数据而不贡献它们自己的位置数据。
接收机还可以同时地或依次地是贡献者和用户。
为了实现本发明，接收机必须能够至少提供原始导航信号的码和相位。如果必须基于GNSS信号来确定接收机的位置，则卫星轴的最小数量必须是四。如果接收机的位置是由如在下文中所指示的另一种方法确定的，则这不是必须的。对最佳信号的选择将仍然被实行。还有可能根据作为对图3的补充而在下文中所描述的模态来生成总结信号。此后，将原始信号或总结信号通过RF路径发送至服务器230。
区域210和220彼此不相同，这在于区域220包括装备有传输中继天线的蜂窝无线电通信网络的基站2221、2222、2223。这些天线可以属于不同的经营商，或者可选地是由没有他们自己的基站网络的运营商租赁的。无线电通信网络的运营商能够在任何时刻确定其用户中的一个用户的活动终端所附接至的基站。用户的位置的精确度因此根据小区的密度而不同，因此从一百米左右到几公里。以他能够访问这些数据为前提，定位数据的提供者240因此能够确定在地理区域220中活动的接收者，从而使得有可能在不知道接收机的精确的位置的情况下初始化本发明的方法，如在下文中所指示的。在该情况下，GNSS位置的传输或计算因此不是必需的。另一方面，必须有可能识别位于地理区域210中、没有被定位运营商已经谈判达成协议来与其分享数据的运营商的无线电通信网络的小区所覆盖的接收者。另一方面，必须或者基于此外用于计算电离层误差或数据的原始码和相位数据来计算位置，或者在接收机的输出端获得PVT(点速度时间)数据。
图3表示根据本发明的几个实施例的用于确定电离层误差的处理动作的一般流程图。
对由提供者240协同生成根据本发明的定位数据的贡献者被装备有传送定位接收机2111等，其在图3中由Ri指代，其具有在上文中所指示的特性。所述贡献者是由提供者240登记的，提供者240还登记他们的GNSS接收者的标识符和他们的无线电通信接收者的标识符，以及可选地，登记所述接收者的配置特性。贡献者必须在它们的登记的时刻给出对出于服务需要而永久收集它们的地点数据的赞成。作为对该赞成的回报，数据提供者240将进行遵照他运营的国家关于个人数据保护的规定的必要的法律和合同保证。可选地，数据提供者将能够收集接收机Ri依次地被锁定在其上的蜂窝网络基站的地理位置坐标。
用于实行本发明的处理动作一方面是针对位于区域Zj中的贡献者的接收机Ri中的每个进行贡献的接收机来实现的(处理动作310)，另一方面是由定位数据的提供者所服务的区域Zj的整体来实现的(处理动作320)。此后，使得由处理动作320所产生的定位数据以及可选地由外部处理动作所产生的定位数据对服务的用户和贡献者/用户可用(处理动作330)。
可以根据本发明的变型或者在接收机本身中、或者在服务器230中来实行与每个接收机Ri相关的处理动作。同样，以伴随的方式可应用至区域Zi的所有接收机Ri的某些处理动作也可以在接收机中的每个接收机上或者在服务器上实行。
用于更新服务器230的数据，并且因此用于提取和/或计算在接收机和/或服务器的等级所需要数据的处理动作的合理的频率具有几分钟的数量级(例如，针对涉及电离层的信息在1分钟到5分钟之间，而针对涉及对流层的信息很可能是1分钟)。
关于涉及接收机Ri的处理动作310：
-在步骤3110的过程中，确定接收机Ri的位置；该位置可以是由GNSS卫星星座提供给接收机的位置或者是由贡献者的无线电通信运营商所提供的位置，如在上文中所指示的；在第一种情况下，该位置必须被发送至服务器230以使得在所考虑的时间间隔中将接收机Ri分配至区域Zj；
-在步骤3120的过程中，某一数量的卫星轴上的一个或多个载波的码和相位是从GNSS接收机Ri提取的；给出了最佳质量(例如，最佳信噪比和最显著的提升)的卫星轴上的一个或多个载波的码和相位被保存以便在以下的步骤的过程中被处理；
-步骤3120的输出可以在接收机中被处理或者原始发送至服务器230以便在其中处理；处理3130在于通过执行对针对一个或多个载波所留存的卫星轴的定位信号的码和相位求和而在位置Pi处计算电离层误差，如在下文中进一步解释的；
-并行地，在步骤3140的过程中，提取与最佳卫星轴相对应的质量数据以及总结数据(例如，锁定的卫星轴的数量)以便在计算综合质量指数的步骤3150的过程中在接收机中或者在服务器上被处理；如果其是由接收机所产生的，则将接收机Ri的综合质量指数IQ(Ii)发送至服务器230；默认地，作为变型，将原始质量数据本身发送至服务器。
对Ii的计算是基于关于相位的方程(1)来执行的，并且在下文中是基于关于码的方程(4)来执行的，针对卫星轴中的每个卫星轴：
C＝ρ+I+Tr+c(bRx-bSat)+εC (4)
其中，εC是关于码的测量噪声。
通过将方程(1)和(4)合并在一起，我们得到了对在位置Pi处由接收机Ri所接收的GNSS定位信号产生影响的电离层误差：
Ii＝(Ci-Φi)/2-Nλ+(εC-εΦ) (5)
在本发明的优选的应用领域位于其中的米(而不是分米或更小)的数量级，在单频率接收机的情况下可以忽略整数模糊度Nλ(其具有10到50cm的数量级)。模糊度Nλ的剩余值将由接收机的定位过滤器来处理。在双频率接收机的情况下，整数模糊度是由接收机的标准处理来解决的。此外，进行了以下假设：码和相位中的测量噪声的估计值是具有零均值的高斯噪声，从而根据本发明使得有可能从计算中删除所述噪声而不损失可应用在区域Zj中的电离层校正的计算中的精确度，条件是有可能使用区域Zj中的接收机的足够数量的测量。
关于涉及区域Zj中的所有接收机的处理操作320：
-在步骤3201的过程中，我们通过从随后的计算中消除质量指数IQ(Ii)小于可接受的阈值的所有接收机来开始；该阈值是基于在上文中所指示的标准、或者基于特定于区域Zj或测量周期的其他标准而定义的；同样地，可接受度等级可以根据区域和周期的特性而不同；作为示例，小于30dB的信噪比或者小于15°的卫星轴的仰角将使得有可能丢弃对应的测量；另一个示例可以是关于在信号中所检测到的多路径环境质量的指标；
-在步骤3220的过程中，可以决定：由于区域Zj中的可接受的测量的数量不足，因此将不针对区域Zj提供电离层误差测量；在该情况下，尽管如此，有可能提供在步骤3230的过程中基于相邻的区域的测量的插值或者基于在下文中所进一步讨论的插值技术的历元(epoch)所计算的点I(Z)。
-如果可接受的测量的数量是足够的，则在步骤3240的过程中通过对在区域Zj中活动的接收机Ri的方程(5)的Ii输出取均值来计算电离层误差I(Zj)，其测量满足质量指标阈值。
作为变型，在步骤3240期间聚合的测量可以由他们的质量指标来加权。作为第二变型，可以根据针对特征在于提供者的数据库的每个接收者、基于所述接收者的配置参数而在服务器上所计算的指标来执行第二加权。有可能例如使用天线的特性、微芯片的特性、尤其是由接收者的提供者所指示的码噪声。
此后，数据I(Z)根据将作为对图4的补充进一步解释的模态而由用户和用户/贡献者处置。
根据对其测量不足的区域Z在地球上的大小和位置，并且根据存在可用数据的相邻区域Zj的数量及其相对于Z的位置，将有可能实行线性插值，否则使用根据对本领域技术人员公知的方程的基于球谐函数的插值。有可能参考以下引用：http://aiuws.unibe.ch/ ionosphere/。在该框架内，有可能将区域Z中的测量(此外正如区域Zj中的测量)与状态模型进行比较，并且通过该状态模型向它们应用诸如Kalman滤波之类的滤波。
有可能在紧接的先前的历元处、或者在从对电离层误差有影响的特性(季节、一天中的时间、天气等)的角度可比的历元处、基于同一区域中或相邻的区域中的测量来使用插值。
大气层误差通常是电离层误差和对流层误差的总和。然而，有可能决定忽略两者中的一个，则考虑在内的大气层误差被减少为另一个。对流层误差通常被分解成两项：湿延迟或针对斜湿延迟的SWD，其表示水蒸气的贡献并且对应于总对流层延迟的大约10％，以及流体静力延迟(SHD，针对斜流体静力延迟)，其表示剩余的贡献并且可以基于流体静力平衡的方程来计算。对对流层误差的确定例如是由国际组织IGS所提出的。IGS是基站的稀疏全球网络。稀疏网络的缺点在于对流层误差将仅仅在接近基站时是精确的。因此，具有密集的基站的网络是重要的，以便对其进行精确的估计。诸如运营这类密集的网络的法国的IGN之类的组织实行对对流层误差的确定。对该误差的访问通常需要商业协定。
以以下的方式来调整针对电离层误差而给出的本发明的描述，从而确定电离层误差的贡献(湿延迟、流体静力延迟)中的至少一个贡献。
关于电离层贡献的确定而不同的主要要求是对接收机的位置的精确的知识(优选是小于米或更小的)的需求，以便执行计算。本领域技术人员在实现从前述描述中收集的或者从字面收集的数学步骤时没有困难。
在用于确定对流层误差的方法中，在基于接收机的精确的位置来确定误差的步骤之后，来到了在没有发送精确的位置的情况下完成的发送该误差的步骤。实际上，由于在公里的尺度上对流层仅仅非常小地变化，因此具有公里的数量级的位置通常是足够的。
根据本发明的第一变型，仅仅确定电离层误差。根据第二变型，由诸如法国的IGN网络的外部方法之类的外部方法来确定对流层分量。大气层误差则是该对流层误差与根据本发明所确定的电离层误差的总和。根据第三变型，对流层误差自己是根据本发明来确定的。根据第四变型，对流层误差和电离层误差是同时地或依次地由相同的接收机来确定的。根据第五变型，实现了先前的变型的组合以便利用环境以及各种接收机的特性和能力。因此，存在的具有在大约1km直径的地理区域中精确定位(PPP)的能力的至少一个接收机可以允许***获得可应用在所述地理区域中的对流层误差，并且在集成了所述电离层误差之后将它们重新发送至其他用户。
图4表示根据本发明的几个实施例的用于使用定位数据的服务器中的数据的处理动作的一般流程图。
可以以多播模式将在服务器230上可用的数据发送至用户的接收机，或者由自动化过程或由所述接收机发往所述服务器的请求过程而在服务器上取消。可以由消息或者以http或https模式来执行对服务器的数据的分配。根据本发明的各种模式的分配的组合是可能的。
步骤410由多播模式中的该广播或者发往服务器的请求组成。
在步骤420的过程中，接收机获得视野中的卫星轴线或轴。
在可选的步骤430的过程中，根据本发明的变型的由服务器基于接收机的用户向其订阅的移动无线电通信运营商的数据来确定接收机位置。该步骤使得有可能结合可应用至接收机的电离层误差数据I(Z)来缩短在获得卫星轴时的延迟和基于所述卫星轴来计算PVT的以下步骤的收敛延迟。
在步骤440的过程中，未经校正的PVT定位数据是由接收机计算的。
在步骤450的过程中，PVT数据通过与由服务器所发送的数据I(Z)融合而被校正。
根据本发明，通过与涉及由服务器230所发送的电离层误差融合来改进由GNSS***所提供的位置测量的精确度。同样，尤其是在包括使用服务器位置数据的步骤的变型中，也改进了用于采集的时间和针对计算的收敛的时间。
在上文中所描述的示例仅仅说明了本发明的实施例中的一些实施例。它们不以任何方式限制由以下权利要求所限定的本发明的范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种由计算机服务器(230)确定在对由从所确定的地理区域(210、220)中的至少一个卫星星座(114、119、121、123)所接收的定位信号的用户接收机(2113、2223)所计算的位置进行计算时的误差的方法，所述方法包括：
确定(3110)位于所述地理区域(Zj、210、220)中的对定位信号进行贡献的接收机(Ri、2111、2112、2221、2222)的列表，所述进行贡献的接收机的位置不是先前已知的；
针对所述进行贡献的接收机Ri中的每个进行贡献的接收机来提取(3120)所述进行贡献的接收机的至少一个信道的码Ci和相位Φi数据；
基于所述码Ci和相位Φi数据来计算(3130)能够应用至每个进行贡献的接收机Ri的大气层误差Ii；
基于能够应用至所述进行贡献的接收机Ri的所述误差Ii来计算(3230、3240)能够应用在所述区域Zj中的大气层误差I(Z)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述大气层误差Ii体现在针对所有所述进行贡献的接收机Ri来仅仅计算电离层误差。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述大气层误差Ii体现在针对至少一个进行贡献的接收机Ri来计算至少对流层误差。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，针对至少一个贡献者接收机Ri的所述对流层误差是作为被称作湿延迟(SWD)的第一延迟与被称作流体静力延迟SHD的第二延迟的总和来计算的。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其中，计算所述大气层误差I(Zj)将源自规定信息的外部源的所述进行贡献的接收机Ri的所述电离层误差以及能够应用在所述地理区域Zj中的对流层误差作为输入接收。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其中，对位于所述地理区域中的进行贡献的接收机Ri(2221、2222)的所述列表的至少一部分进行确定使用所述接收机关于蜂窝无线电通信网络的至少一个基站的定位的数据。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，还包括对接收机Ri的信道的码Ci和相位Φi数据的对进行分类，所述分类使用标准的加权组合，所述标准包括代表所述信道的信噪比或者所述信道的卫星轴的仰角中的一个或多个的标准。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其中，计算能够应用至所述接收机Ri的大气层误差Ii包括减去所述码Ci和所述相位Φi数据。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述相位Φi的整数模糊度被忽略。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的方法，还包括计算(3140、3150)能够应用至所述接收机Ri的所述大气层误差Ii的质量指数IQ(Ii)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述质量指数IQ(Ii)是由以下标准的加权组合来计算的，所述标准包括代表以下一个或多个的标准：所述接收机Ri的信道的信噪比、由所述接收机所获得的卫星轴的仰角、所获得的卫星轴的数量。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述质量指数IQ(Ii)还取决于对所述接收机Ri的硬件或软件配置中的一个或多个进行表征的参数。
13.根据权利要求10至12中的一项所述的方法，其中，质量指数IQ(Ii)小于阈值Thresh1的接收机Ri的误差Ii在计算能够应用在所述区域Zj中的大气层误差I(Zj)时具有零权重。
14.根据权利要求10至13中的一项所述的方法，其中，能够应用在所述区域Zj中的所述大气层误差I(Zj)是由所述质量指数IQ(Ii)加权的所述误差Ii的线性组合。
15.根据权利要求10至14中的一项所述的方法，还包括通过大气层误差模型来对值I(Zj)进行滤波。
16.根据权利要求1至15中的一项所述的方法，还包括确定所述大气层误差I(Zj)的置信度指标。
17.根据权利要求13和16所述的方法，其中，所述电离层误差I(Zj)的所述置信度指标取决于质量指数IQ(Ii)大于Thresh1的进行贡献的接收机Ri的数量Nj。
18.根据权利要求1至17中的一项所述的方法，其中，当所述大气层误差I(Zj)的置信度指标小于预先确定的阈值Thresh2时，所述大气层误差I(Zj)被通过针对相邻的地理区域或时段所计算的大气层误差的一组值内的空间插值或时间插值中的一个或多个来计算的值I(Z)所替代。
19.根据权利要求1至18中的一项所述的方法，还包括使得(330)大气层误差的值I(Zj)对所述用户接收机能够使用。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括由所述用户接收机获得(430)由服务器(230)所确定的位置。
21.根据权利要求19至20中的一项所述的方法，还包括通过将所述用户接收机的PVT数据与大气层误差的值I(Zj)融合来计算(450)经校正的位置。
22.一种用于帮助对在至少一个地理区域(210、220)中从至少一个卫星星座(114、119、121、123)所接收的定位信号的用户接收机(2113、2223)进行定位的协同***，所述***包括被配置为执行以下操作的多个硬件和计算机代码元素：
确定位于所述地理区域(Zj、210、220)中的对定位信号进行贡献的接收机(Ri、2111、2112、2221、2222)的列表，所述进行贡献的接收机的位置不是先前已知的；
针对所述进行贡献的接收机Ri中的每个进行贡献的接收机来提取所述进行贡献的接收机的至少一个信道的码Ci和相位Φi数据；
基于所述码Ci和相位Φi数据来计算能够应用至每个进行贡献的接收机Ri的大气层误差Ii；
从贡献者接收机Ri的误差Ii来计算能够应用在所述区域Zj中的大气层误差I(Zj)；
使得大气层误差的计算的至少一个结果在所述至少一个地理区域中对所述用户接收机能够使用。
23.根据权利要求22所述的***，其中，至少一个进行贡献的接收机Ri的处理器被配置为：根据所述码Ci和所述相位Φi数据来执行对在所述区域中能够应用于所述进行贡献的接收机Ri的大气层误差Ii的计算，所述计算的结果通过通信链路被发送至服务器(230)。
24.根据权利要求22所述的***，其中，至少一个进行贡献的接收机Ri的至少一个信道的码Ci和相位Φi数据通过通信链路被发送至服务器(230)，所述服务器的处理器被配置为从所述码Ci和所述相位Φi数据来执行对在所述区域中能够应用于所述贡献者接收机Ri的大气层误差Ii的计算。
25.一种用于定位数据的服务器(230)，所述服务器包括：
电路逻辑，其被配置为确定位于地理区域(210、220)中的进行贡献的接收机(Ri、2111、2112、2221、2222)的列表；
处理逻辑，其被配置为利用确定的频率时间序列来获得由所述列表中的进行贡献的接收机Ri所发送的数据，所述时间序列包括以下中的一个或多个：
所述进行贡献的接收机Ri中的每个进行贡献的接收机的至少一个信道的码和相位，或者
从所述码和所述相位所计算的数据
数据逻辑，其被配置为计算能够应用在所述地理区域中的大气层误差的时间序列；
用于使得大气层误差的所述时间序列对用户接收机(2113、2223)能够使用的链路。
26.一种对定位信号进行贡献的接收机(2111、2112、2221、2222)，包括：
用于存储数据的时间序列的存储器，所述数据包括：
所述接收机的至少一个信道的码和相位中的一个或多个，或者从所述码和所述相位所计算的数据；
以及所述数据的至少一个质量指数，所述指数是从将以下包括在内的分组中选择的；所述信道的信噪比、对应于所述信道的卫星轴的仰角、以及所获得的卫星轴的数量；
通信链路，其被配置为将存储在所述接收机的存储器中的所述时间序列以预先确定的频率远程发送至预先标识的远程服务器。
27.一种用于定位信号的用户接收机(2113、2223)，包括：
通信链路，其被配置为利用预先确定的频率时间序列来远程接收权利要求26中所述的用于定位数据的服务器的数据；
电路逻辑，其被配置为从由所述接收机所计算的PVT点以及所述数据的所述时间序列来计算经校正的位置。
28.一种对由在确定的地理区域(210、220)中从至少一个卫星星座(114、119、121、123)所接收的定位信号的用户接收机(2113、2223)所执行的位置计算进行校正的方法，所述方法包括：
从根据权利要求25所述的服务器(230)获得(410)通过由所述服务器将从位于所述地理区域中的多个进行贡献的接收机(2111、2112、2221、2222)所确定的大气层误差根据权利要求1所述的进行融合的过程所计算的大气层误差I(Z)，所述进行贡献的接收机的位置不是先前已知的；
将所获得的所述大气层误差与由所述用户接收机所计算的PVT点融合(450)。
Claims (28)
1.一种由计算机服务器(230)确定在对由从所确定的地理区域(210、220)中的至少一个卫星星座(114、119、121、123)所接收的定位信号的用户接收机(2113、2223)所计算的位置进行计算时的误差的方法，所述方法包括：
确定(3110)位于所述地理区域(Zj、210、220)中的对定位信号进行贡献的接收机(Ri、2111、2112、2221、2222)的列表，所述进行贡献的接收机的位置不是先前已知的；
针对所述进行贡献的接收机Ri中的每个进行贡献的接收机来提取(3120)所述进行贡献的接收机的至少一个信道的码Ci和相位Φi数据；
基于所述码Ci和相位Φi数据来计算(3130)能够应用至每个进行贡献的接收机Ri的大气层误差Ii；
基于能够应用至所述进行贡献的接收机Ri的所述误差Ii来计算(3230、3240)能够应用在所述区域Zj中的大气层误差I(Z)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述大气层误差Ii体现在针对所有所述进行贡献的接收机Ri来仅仅计算电离层误差。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述大气层误差Ii体现在针对至少一个进行贡献的接收机Ri来计算至少对流层误差。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，针对至少一个贡献者接收机Ri的所述对流层误差是作为被称作湿延迟(SWD)的第一延迟与被称作流体静力延迟SHD的第二延迟的总和来计算的。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其中，计算所述大气层误差I(Zj)将源自规定信息的外部源的所述进行贡献的接收机Ri的所述电离层误差以及能够应用在所述地理区域Zj中的对流层误差作为输入接收。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其中，对位于所述地理区域中的进行贡献的接收机Ri(2221、2222)的所述列表的至少一部分进行确定使用所述接收机关于蜂窝无线电通信网络的至少一个基站的定位的数据。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，还包括对接收机Ri的信道的码Ci和相位Φi数据的对进行分类，所述分类使用标准的加权组合，所述标准包括代表所述信道的信噪比或者所述信道的卫星轴的仰角中的一个或多个的标准。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其中，计算能够应用至所述接收机Ri的电离层误差Ii包括减去所述码Ci和所述相位Φi数据。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述相位Φi的整数模糊度被忽略。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的方法，还包括计算(3140、3150)能够应用至所述接收机Ri的所述电离层误差Ii的质量指数IQ(Ii)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述质量指数IQ(Ii)是由以下标准的加权组合来计算的，所述标准包括代表以下一个或多个的标准：所述接收机Ri的信道的信噪比、由所述接收机所获得的卫星轴的仰角、所获得的卫星轴的数量。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述质量指数IQ(Ii)还取决于对所述接收机Ri的硬件或软件配置中的一个或多个进行表征的参数。
13.根据权利要求10至12中的一项所述的方法，其中，质量指数IQ(Ii)小于阈值Thresh1的接收机Ri的误差Ii在计算能够应用在所述区域Zj中的电离层误差I(Zj)时具有零权重。
14.根据权利要求10至13中的一项所述的方法，其中，能够应用在所述区域Zj中的所述电离层误差I(Zj)是由所述质量指数IQ(Ii)加权的所述误差Ii的线性组合。
15.根据权利要求10至14中的一项所述的方法，还包括通过电离层误差模型来对值I(Zj)进行滤波。
16.根据权利要求1至15中的一项所述的方法，还包括确定所述电离层误差I(Zj)的置信度指标。
17.根据权利要求13和16所述的方法，其中，所述电离层误差I(Zj)的所述置信度指标取决于质量指数IQ(Ii)大于Thresh1的进行贡献的接收机Ri的数量Nj。
18.根据权利要求1至17中的一项所述的方法，其中，当所述电离层误差I(Zj)的置信度指标小于预先确定的阈值Thresh2时，所述电离层误差I(Zj)被通过针对相邻的地理区域或时段所计算的电离层误差的一组值内的空间插值或时间插值中的一个或多个来计算的值I(Z)所替代。
19.根据权利要求1至18中的一项所述的方法，还包括使得(330)电离层误差的值I(Zj)对所述用户接收机能够使用。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括由所述用户接收机获得(430)由服务器(230)所确定的位置。
21.根据权利要求19至20中的一项所述的方法，还包括通过将所述用户接收机的PVT数据与电离层误差的值I(Zj)融合来计算(450)经校正的位置。
22.一种对由在确定的地理区域(210、220)中从至少一个卫星星座(114、119、121、123)所接收的定位信号的用户接收机(2113、2223)所执行的位置计算进行校正的方法，所述方法包括：
从服务器(230)获得(410)通过由所述服务器将从位于所述地理区域中的多个进行贡献的接收机(2111、2112、2221、2222)所确定的大气层误差进行融合的过程所计算的大气层误差I(Z)，所述进行贡献的接收机的位置不是先前已知的；
将所获得的所述大气层误差与由所述用户接收机所计算的PVT点融合(450)。
23.一种用于帮助对在至少一个地理区域(210、220)中从至少一个卫星星座(114、119、121、123)所接收的定位信号的用户接收机(2113、2223)进行定位的协同***，所述***包括被配置为执行以下操作的多个硬件和计算机代码元素：
确定位于所述地理区域(Zj、210、220)中的对定位信号进行贡献的接收机(Ri、2111、2112、2221、2222)的列表，所述进行贡献的接收机的位置不是先前已知的；
针对所述进行贡献的接收机Ri中的每个进行贡献的接收机来提取所述进行贡献的接收机的至少一个信道的码Ci和相位Φi数据；
基于所述码Ci和相位Φi数据来计算能够应用至每个进行贡献的接收机Ri的大气层误差Ii；
从贡献者接收机Ri的误差Ii来计算能够应用在所述区域Zj中的大气层误差I(Zj)；
使得大气层误差的计算的至少一个结果在所述至少一个地理区域中对所述用户接收机能够使用。
24.根据权利要求23所述的***，其中，至少一个进行贡献的接收机Ri的处理器被配置为：根据所述码Ci和所述相位Φi数据来执行对在所述区域中能够应用于所述进行贡献的接收机Ri的大气层误差Ii的计算，所述计算的结果通过通信链路被发送至服务器(230)。
25.根据权利要求23所述的***，其中，至少一个进行贡献的接收机Ri的至少一个信道的码Ci和相位Φi数据通过通信链路被发送至服务器(230)，所述服务器的处理器被配置为从所述码Ci和所述相位Φi数据来执行对在所述区域中能够应用于所述贡献者接收机Ri的大气层误差Ii的计算。
26.一种用于定位数据的服务器(230)，所述服务器包括：
电路逻辑，其被配置为确定位于地理区域(210、220)中的进行贡献的接收机(Ri、2111、2112、2221、2222)的列表；
处理逻辑，其被配置为利用确定的频率时间序列来获得由所述列表中的进行贡献的接收机Ri所发送的数据，所述时间序列包括以下中的一个或多个：
所述进行贡献的接收机Ri中的每个进行贡献的接收机的至少一个信道的码和相位，或者
从所述码和所述相位所计算的数据
数据逻辑，其被配置为计算能够应用在所述地理区域中的大气层误差的时间序列；
用于使得大气层误差的所述时间序列对用户接收机(2113、2223)能够使用的链路。
27.一种用于定位信号的接收机(2111、2112、2221、2222)，包括：
用于存储数据的时间序列的存储器，所述数据包括：
所述接收机的至少一个信道的码和相位中的一个或多个，或者从所述码和所述相位所计算的数据；
以及所述数据的至少一个质量指数，所述指数是从将以下包括在内的分组中选择的；所述信道的信噪比、对应于所述信道的卫星轴的仰角、以及所获得的卫星轴的数量；
通信链路，其被配置为将存储在所述接收机的存储器中的所述时间序列以预先确定的频率远程发送至预先标识的远程服务器。
28.一种用于定位信号的接收机(2113、2223)，包括：
通信链路，其被配置为利用预先确定的频率时间序列来远程接收权利要求26中所述的用于定位数据的服务器的数据；
电路逻辑，其被配置为从由所述接收机所计算的PVT点以及所述数据的所述时间序列来计算经校正的位置。
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